2024年10月13日发(作者:南宫清淑)
囝 蚕 垦 塾 鱼
T0252封装产品可靠性改善研究
温莉裙,费智霞
(天水华天科技股份有限公司,甘肃天水741000)
摘 要:在共模的条件下,TO252单基岛一双芯片封装产品因为粘片胶烘烤产生的挥发物质相互
扩散造成框架/芯片沾污,及引线框架与塑封料之间的包容强度不够,容易发生离层现象:研究
通过优化框架结构,在TO252引线框架基岛中部加“T”形孔,显著提高了产品的可靠性,其结果
为单基岛双芯片封装产品的可靠性提升提供优化指导。
关键词:单基岛双芯片;离层;“T”形孔;可靠性提高
中图分类号:TN948.43 文献标识码:B 文章编号:1004—4507(2017)01—0039—04
Research of Reliablity Improvement for TO252
Package Product
WEN Lijun,FEI ZhiXia
(Tianshui Huatian Technology Co.,Ltd.,Tianshui 74 1 000,China)
Abstract:TO252 single pad—two chips packaging products prone to delamination Under the condition
of common mode,Because the interdiffusion of volatile substances after epoxy curing cause
contamination of the lead frame/die,and poor attaching strength between the lead frame and molding
compound.In this paper,the“T"-shaped hole is added to the TO252 lead frame pad,which greatly
improves the reliability of the product.This result provides a guidance for enhancement reliability
design of single pad—two chips package.
Keywords:Single pad—two chips;Delamination;The“T”-shaped hole;Reliability improvement
TO252封装产品是带有散热片的大功率器件
塑料封装,常用于功率晶体管,稳压芯片等的封
毁坏元件,同时,塑封体吸水后,在加热时会变成
水汽,使塑封体受力膨胀,当其力超过塑封体与框
装,比如:数码相机、LED电视、手机、新能源汽车
等,应用范围非常广泛。
架、芯片的粘接力时就会使塑封体与框架、芯片问
产生离层或使塑料开裂,严重时甚至发生“爆米
花”效应,如图1所示。
TO252封装属于非气密性实体封装,封装过
程中产生的湿气会产生足够的蒸汽压力,损伤或
收稿日期:2017—01.11
近年来集成电路封装材料、设备及工艺技术
囫圜■衄(总第262期)
先进封装技术与设备 电子工业专用设备
度,容易发生分层现象。
在TO252引线框架 岛中部加“T”N-fL,如图
2所示,以此减少单个 片的粘片面积,增强框架
与塑封料之间的包容强度,使结合面更加牢固;“T”
研究进展迅速,尤其是封装材料及封装设备更是
形孔阻止粘片胶相互扩散,减少框架/芯片沾污。
I{益完善。选择合适的封装材料,如:低水汽含量、
高粘接力环氧树脂 封料,低水汽含量、高剪切强
度粘片胶等,和适合的工艺参数,来防止塑封体与
村{架、芯,J_J词的离层或开裂问题;在加工过程中采
用除湿工艺去除原材料吸附的水汽,制成品在包
袈时采用真 防静电密封包装,在包装袋内放干
燥剂解决,以提升塑封电路的可靠性。本文重点讨
论通过优化引线框架结构,提升TO252单基岛双
片封装广:品的可靠性研究。
l研究内容
1.1引线框架结构优化
图2 T0252框架基岛中部加“T”形孔
在共模的条件下,TO252单基岛双 片封装
品:(1)双芯 I臼“IC+MOS”组成,分别采用“绝
缘胶+导电胶”力l1]一,由] 同一、 面上,当粘片
后烘烤时,挥发物质相互扩散,掉落附着在引线框
1.2实验的材料与设备
实验材料分别为TO252原结构框架(简记为
LF0)和基岛中部“T”形孔结构框架(简记为
LFT),框架基村均为Cu—Fe.P系的高导热KFC铜
架 I 片 造成引线框架表面沾污,从而降低塑
封料与引线框架之间的粘附力;(2)引线框架基岛
If1 积偏大,减弱引线框架与塑封料之间的包容强
合金材料,其成分如表1所示。采用相同的其它封
装材料、封装设备与市H同的工艺参数封装产品。
表l KFC铜合金成分I:
1.3实验流程
本实验所用先导分析实验流程如图3,可靠性
品,选取180只合格样品按照JESD 22标准进行
可靠性实验,如图4。为 确认实验的稳定性,随
试验流程图如图4。
1.4实验内容
机选取芯片连续考核6次,如表3。
2结果与讨论
原结构引线框架封装产品MSL3后扫描均有离
层现象,图5是离层情况比较严重的超声扫描照片。
(1)将L 和LF 两种框架按普通封装流程加
为成品,选取45 合格的样品按照JEDEC标准
进行先导实验,如图3。为了实验的正确性和稳定
性,随机选取不同芯片重复考核3次,如表2。
(2)将LFT框架按普通封装流程加lI 为成
基岛中部加“T”形孔结构引线框架封装产品
经超声检测,均没有离层发生,接着考核4个
项,电测试均合格。图6为超声扫描图片。
团
试验样品
电测试,25℃
V
藿 鲎塾
表2实验方案及结果
fail
Pass
鱼
层考核结果
外观检查
V
分层比例8%)
Pass
超声检测
温度循环,-40"C---60"C5次
高温贮存125(±5/0) ̄C24h
V
Fail
Pass
表3实验方案及结果
NO. 产品型号 框架
l
芯片
Die5/Die6
可靠性考核结果
Pass
温热条件3级
30℃,6O%ItH.192
V
2
3
4
5
6
Die7/Die8
TO252 LF
1
Pass
Pass
Pass
Pass
Pass
Die9,Diel0
D e1】/Diel2
L Die13/Die14
D e15/Diel6
回流焊,3次
{40X显微镜下外观检查
超声检测
I
I电测试,25 ̄C
图3先导实验流程图
描图片
!
j 鱼
超声检测
,
J
125(±5/0)℃
24 h
高温贮存
图6基岛中部加“T”形孔TO252 LF
—————
王———一
』回流焊,3次J
电测试
★
封装产品MSL3后扫描图片
实验结果表明,选择合适的封装材料和工艺
技术,和原结构框架封装产品相比,基岛中部加
超声检测
“T”形孔框架封装产品离层得到了显著改善,使
得TO252单基岛双芯片封装产品可靠性得到了
明显提高。
3结束语
现有封装材料的使用性能和设备能力已不再
是影响产品可靠性的关键限制因素。在选择合适
图4可靠性实验流程图
的封装材料和工艺技术的前提下,针对单基岛面
先进封装技术与设备 电子工业毫用设备 口
积偏大的双芯片封装产品,在引线框架基岛中部
[2] 范莉.铜基引线框架材料研究发展【J】.材料开发与应
用,2008,8(4):101—107.
.
加“T”形孔可以有效改善产品可靠性。这一研究
结果可以为单基岛双芯片封装产品可靠性提升提
供引线框架设计优化指导。
参考文献:
[1] 周建国.SOT23系列产品MSL1封装工艺研究[J].电
子与封装,2012.5(1):5.10.
.
S止.S止.址.5止.S .St .S止.址.址
作者简介:
温莉瑶(1985.),女,甘肃天水人,毕
业于兰州理工大学,天水华天科技股份有
限公司技术部工程师,主要从事半导体封
装材料及集成电路封装可靠性研究。
.S L.址.5也..S也.址.S屯.S . 止 . .S‘. 也.St.喜也. L.址.1止.‘ — .址.5止 .喜l上 —址 S止.址 址.址.S — 止—j止.址.S 址.j止 址.s止.5止. 止.鼻屯—喜 —S 儿
(上接第27页)
质溶于水的能力,憎水基的憎水性代表溶油能力。
硅氧化合物,这样在研磨的过程中,能增加硅片表
面的润湿性,从而减少硅片表面点划伤缺点码的
增多。普遍添加的是有机碱。其反应方程式如下:
Si+2OH‘+H2O_÷Si03 +2H2
4结语
在半导体硅片加工工艺中,研磨的作用是不
可忽视的。从研磨装置到研磨工艺参数,再到研磨
液的配制等,都对硅片表面的质量有很大影响,尤
其研磨液更是应主要考虑的因素。为了提高研磨
有机碱除了有调节pH的作用以外,还对金属
离子有螯合作用。研磨液一般用去离子水稀释十
几倍后进行使用,目前所用到的有机碱通常是有
机胺类,它具有一定的缓冲作用,使溶液的pH值
在一定范围内保持稳定状态 。
3.4表面活性剂
液的性能,提高悬浮性,进一步降低表面张力,
我们应该从其憎水基链的结构入手,通过大量试
验,找出一个悬浮能力和表面张力都令人满意的
憎水基链的结构。
参考文献:
[1] 刘玉岭,檀柏梅,孙光英,等.硅单晶片研磨液的研究
[J].稀有金属,2001,25(6):431-433.
[2] 杨杰,曾旭,李树岗,等.半导体硅材料研磨液研究进
展[J].广东化工,2009,36(8):87-89.
加入表面活性剂的目的主要是润湿磨料粒子
与硅片表面,乳化研磨液内部组分,并在研磨过程
中对硅片的研磨起到一定的润滑作用[61。溶液中
加入表面活性剂,活性剂分子会借助润湿作用迅
速在硅片和颗粒的表面铺展开,形成一层致密的
保护层[7]。活性剂分子亲水基会与硅片表面形成
多点吸附,磨料在硅片表面移动时,渗透压使溶液
[3] 张伟.硅片研磨和研磨液作用的分析[J].微纳电子技
术,2007,44(41:206.210.
[4] 张伟,周建伟,刘玉岭,等.硅片研磨表面状态的改
善和研磨液的改进【J].半导体技术,2006,31(10):
758 761.
中自由的活性剂分子及已吸附的活性剂分子的亲
水基上未吸附的自由部分,积极地向硅片与磨料
的接触缝隙间伸入,随时与硅片和磨料上出现的
剩余自由键相吸引、结合,促使硅片与磨料问的作
用力减小,对硅片的研磨起到润滑作用 。表面活
[5】 蔡鑫泉.硅片研磨与磨削加工[J】.精密制造与自动
化,1993,(1):43-46.
性剂的科-类繁多,对于一定体系究竟采用哪种表
面活性剂比较合适,效率最高,目前还缺乏理论
指导。一般认为,比较表面活性剂分子的亲水基团
的亲水性和亲油基团的亲油性是一项重要指标。
[6】 赵国玺.表面活性剂物理化学[M].北京:北京大学
出版社,1991.
[7] 赵国玺,朱步瑶.表面活性剂作用原理[M].北京:中
国轻工业出版社,2003.
由于每一个表面活性剂分子都包含亲水基团和憎
水基团两部分。亲水基的亲水性代表表面活性物
[8] 徐燕莉.表面活性剂的功能[M].北京:化学工业出版
社,2000.
2024年10月13日发(作者:南宫清淑)
囝 蚕 垦 塾 鱼
T0252封装产品可靠性改善研究
温莉裙,费智霞
(天水华天科技股份有限公司,甘肃天水741000)
摘 要:在共模的条件下,TO252单基岛一双芯片封装产品因为粘片胶烘烤产生的挥发物质相互
扩散造成框架/芯片沾污,及引线框架与塑封料之间的包容强度不够,容易发生离层现象:研究
通过优化框架结构,在TO252引线框架基岛中部加“T”形孔,显著提高了产品的可靠性,其结果
为单基岛双芯片封装产品的可靠性提升提供优化指导。
关键词:单基岛双芯片;离层;“T”形孔;可靠性提高
中图分类号:TN948.43 文献标识码:B 文章编号:1004—4507(2017)01—0039—04
Research of Reliablity Improvement for TO252
Package Product
WEN Lijun,FEI ZhiXia
(Tianshui Huatian Technology Co.,Ltd.,Tianshui 74 1 000,China)
Abstract:TO252 single pad—two chips packaging products prone to delamination Under the condition
of common mode,Because the interdiffusion of volatile substances after epoxy curing cause
contamination of the lead frame/die,and poor attaching strength between the lead frame and molding
compound.In this paper,the“T"-shaped hole is added to the TO252 lead frame pad,which greatly
improves the reliability of the product.This result provides a guidance for enhancement reliability
design of single pad—two chips package.
Keywords:Single pad—two chips;Delamination;The“T”-shaped hole;Reliability improvement
TO252封装产品是带有散热片的大功率器件
塑料封装,常用于功率晶体管,稳压芯片等的封
毁坏元件,同时,塑封体吸水后,在加热时会变成
水汽,使塑封体受力膨胀,当其力超过塑封体与框
装,比如:数码相机、LED电视、手机、新能源汽车
等,应用范围非常广泛。
架、芯片的粘接力时就会使塑封体与框架、芯片问
产生离层或使塑料开裂,严重时甚至发生“爆米
花”效应,如图1所示。
TO252封装属于非气密性实体封装,封装过
程中产生的湿气会产生足够的蒸汽压力,损伤或
收稿日期:2017—01.11
近年来集成电路封装材料、设备及工艺技术
囫圜■衄(总第262期)
先进封装技术与设备 电子工业专用设备
度,容易发生分层现象。
在TO252引线框架 岛中部加“T”N-fL,如图
2所示,以此减少单个 片的粘片面积,增强框架
与塑封料之间的包容强度,使结合面更加牢固;“T”
研究进展迅速,尤其是封装材料及封装设备更是
形孔阻止粘片胶相互扩散,减少框架/芯片沾污。
I{益完善。选择合适的封装材料,如:低水汽含量、
高粘接力环氧树脂 封料,低水汽含量、高剪切强
度粘片胶等,和适合的工艺参数,来防止塑封体与
村{架、芯,J_J词的离层或开裂问题;在加工过程中采
用除湿工艺去除原材料吸附的水汽,制成品在包
袈时采用真 防静电密封包装,在包装袋内放干
燥剂解决,以提升塑封电路的可靠性。本文重点讨
论通过优化引线框架结构,提升TO252单基岛双
片封装广:品的可靠性研究。
l研究内容
1.1引线框架结构优化
图2 T0252框架基岛中部加“T”形孔
在共模的条件下,TO252单基岛双 片封装
品:(1)双芯 I臼“IC+MOS”组成,分别采用“绝
缘胶+导电胶”力l1]一,由] 同一、 面上,当粘片
后烘烤时,挥发物质相互扩散,掉落附着在引线框
1.2实验的材料与设备
实验材料分别为TO252原结构框架(简记为
LF0)和基岛中部“T”形孔结构框架(简记为
LFT),框架基村均为Cu—Fe.P系的高导热KFC铜
架 I 片 造成引线框架表面沾污,从而降低塑
封料与引线框架之间的粘附力;(2)引线框架基岛
If1 积偏大,减弱引线框架与塑封料之间的包容强
合金材料,其成分如表1所示。采用相同的其它封
装材料、封装设备与市H同的工艺参数封装产品。
表l KFC铜合金成分I:
1.3实验流程
本实验所用先导分析实验流程如图3,可靠性
品,选取180只合格样品按照JESD 22标准进行
可靠性实验,如图4。为 确认实验的稳定性,随
试验流程图如图4。
1.4实验内容
机选取芯片连续考核6次,如表3。
2结果与讨论
原结构引线框架封装产品MSL3后扫描均有离
层现象,图5是离层情况比较严重的超声扫描照片。
(1)将L 和LF 两种框架按普通封装流程加
为成品,选取45 合格的样品按照JEDEC标准
进行先导实验,如图3。为了实验的正确性和稳定
性,随机选取不同芯片重复考核3次,如表2。
(2)将LFT框架按普通封装流程加lI 为成
基岛中部加“T”形孔结构引线框架封装产品
经超声检测,均没有离层发生,接着考核4个
项,电测试均合格。图6为超声扫描图片。
团
试验样品
电测试,25℃
V
藿 鲎塾
表2实验方案及结果
fail
Pass
鱼
层考核结果
外观检查
V
分层比例8%)
Pass
超声检测
温度循环,-40"C---60"C5次
高温贮存125(±5/0) ̄C24h
V
Fail
Pass
表3实验方案及结果
NO. 产品型号 框架
l
芯片
Die5/Die6
可靠性考核结果
Pass
温热条件3级
30℃,6O%ItH.192
V
2
3
4
5
6
Die7/Die8
TO252 LF
1
Pass
Pass
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Pass
Pass
Die9,Diel0
D e1】/Diel2
L Die13/Die14
D e15/Diel6
回流焊,3次
{40X显微镜下外观检查
超声检测
I
I电测试,25 ̄C
图3先导实验流程图
描图片
!
j 鱼
超声检测
,
J
125(±5/0)℃
24 h
高温贮存
图6基岛中部加“T”形孔TO252 LF
—————
王———一
』回流焊,3次J
电测试
★
封装产品MSL3后扫描图片
实验结果表明,选择合适的封装材料和工艺
技术,和原结构框架封装产品相比,基岛中部加
超声检测
“T”形孔框架封装产品离层得到了显著改善,使
得TO252单基岛双芯片封装产品可靠性得到了
明显提高。
3结束语
现有封装材料的使用性能和设备能力已不再
是影响产品可靠性的关键限制因素。在选择合适
图4可靠性实验流程图
的封装材料和工艺技术的前提下,针对单基岛面
先进封装技术与设备 电子工业毫用设备 口
积偏大的双芯片封装产品,在引线框架基岛中部
[2] 范莉.铜基引线框架材料研究发展【J】.材料开发与应
用,2008,8(4):101—107.
.
加“T”形孔可以有效改善产品可靠性。这一研究
结果可以为单基岛双芯片封装产品可靠性提升提
供引线框架设计优化指导。
参考文献:
[1] 周建国.SOT23系列产品MSL1封装工艺研究[J].电
子与封装,2012.5(1):5.10.
.
S止.S止.址.5止.S .St .S止.址.址
作者简介:
温莉瑶(1985.),女,甘肃天水人,毕
业于兰州理工大学,天水华天科技股份有
限公司技术部工程师,主要从事半导体封
装材料及集成电路封装可靠性研究。
.S L.址.5也..S也.址.S屯.S . 止 . .S‘. 也.St.喜也. L.址.1止.‘ — .址.5止 .喜l上 —址 S止.址 址.址.S — 止—j止.址.S 址.j止 址.s止.5止. 止.鼻屯—喜 —S 儿
(上接第27页)
质溶于水的能力,憎水基的憎水性代表溶油能力。
硅氧化合物,这样在研磨的过程中,能增加硅片表
面的润湿性,从而减少硅片表面点划伤缺点码的
增多。普遍添加的是有机碱。其反应方程式如下:
Si+2OH‘+H2O_÷Si03 +2H2
4结语
在半导体硅片加工工艺中,研磨的作用是不
可忽视的。从研磨装置到研磨工艺参数,再到研磨
液的配制等,都对硅片表面的质量有很大影响,尤
其研磨液更是应主要考虑的因素。为了提高研磨
有机碱除了有调节pH的作用以外,还对金属
离子有螯合作用。研磨液一般用去离子水稀释十
几倍后进行使用,目前所用到的有机碱通常是有
机胺类,它具有一定的缓冲作用,使溶液的pH值
在一定范围内保持稳定状态 。
3.4表面活性剂
液的性能,提高悬浮性,进一步降低表面张力,
我们应该从其憎水基链的结构入手,通过大量试
验,找出一个悬浮能力和表面张力都令人满意的
憎水基链的结构。
参考文献:
[1] 刘玉岭,檀柏梅,孙光英,等.硅单晶片研磨液的研究
[J].稀有金属,2001,25(6):431-433.
[2] 杨杰,曾旭,李树岗,等.半导体硅材料研磨液研究进
展[J].广东化工,2009,36(8):87-89.
加入表面活性剂的目的主要是润湿磨料粒子
与硅片表面,乳化研磨液内部组分,并在研磨过程
中对硅片的研磨起到一定的润滑作用[61。溶液中
加入表面活性剂,活性剂分子会借助润湿作用迅
速在硅片和颗粒的表面铺展开,形成一层致密的
保护层[7]。活性剂分子亲水基会与硅片表面形成
多点吸附,磨料在硅片表面移动时,渗透压使溶液
[3] 张伟.硅片研磨和研磨液作用的分析[J].微纳电子技
术,2007,44(41:206.210.
[4] 张伟,周建伟,刘玉岭,等.硅片研磨表面状态的改
善和研磨液的改进【J].半导体技术,2006,31(10):
758 761.
中自由的活性剂分子及已吸附的活性剂分子的亲
水基上未吸附的自由部分,积极地向硅片与磨料
的接触缝隙间伸入,随时与硅片和磨料上出现的
剩余自由键相吸引、结合,促使硅片与磨料问的作
用力减小,对硅片的研磨起到润滑作用 。表面活
[5】 蔡鑫泉.硅片研磨与磨削加工[J】.精密制造与自动
化,1993,(1):43-46.
性剂的科-类繁多,对于一定体系究竟采用哪种表
面活性剂比较合适,效率最高,目前还缺乏理论
指导。一般认为,比较表面活性剂分子的亲水基团
的亲水性和亲油基团的亲油性是一项重要指标。
[6】 赵国玺.表面活性剂物理化学[M].北京:北京大学
出版社,1991.
[7] 赵国玺,朱步瑶.表面活性剂作用原理[M].北京:中
国轻工业出版社,2003.
由于每一个表面活性剂分子都包含亲水基团和憎
水基团两部分。亲水基的亲水性代表表面活性物
[8] 徐燕莉.表面活性剂的功能[M].北京:化学工业出版
社,2000.